Измеритель поперечных размеров частиц типа волокон Советский патент 1993 года по МПК G01B21/08 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическим средствам измерения длины, ширины или толщины объектов небольшого поперечного размера (толщин порядка 5-1000 мкм). Такими объектами могут быть отрезки волокон, в которых линейная протяженность в несколько раз превышает поперечные размеры, например шерстинки, капроновые нити и т.п. по распределению поперечных размеров которых можно судить о качестве продукции.

Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений. .

На чертеже представлена блок-схема измерителя распределения поперечных размеров (толщин) частиц типа волокон.

Измеритель содержит электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 1 с устройством 2 развертки электронного луча по телевизионному растру, на оптической оси которой расположен носитель 3 ммкрсобъектов, окуляр 4 и фотоприемник 5, измеритель длительностей импульсов б, выход которого соединен с вычислительным устройством 7 (ЭВМ), шаговой двигатель 8, механически связанный с носителем 3 микрообъектов.

Электрический вход двигателя 8 соединен с управляющим выходом вычислительного устройства 7 и с устройством 2 развертки электронного луча.

Функции (ЭЛТ) может выполнять, например, однолучевой осциллограф в ждущем режиме развертки луча с проекционной насадкой, уменьшающей размеры экрана до размеров поля носителя 3 микрообъектов. 8 качестве устройства 2 развертки электронного луча может служить, например, схема импульсного одно- вибратора, соединенная с входом .синхронизации однолучевого осциллографа и последовательно соединенными п- разрядными счетчиками (п 6, например), n-разрядным цифроаналоговым преобразователем и входом У осциллографа. Носитель 3 микрообьектов - это два небольших стеклышка, на первое из которых (предметное) можно насыпать хаотически (в произвольном порядке) измеряемые волокна (шерстинки), либо положить стандартную амплитудно-пропускающую дифракционную решетку или уменьшенную фотографию чередования темных и светлых полос.. Второе стеклышко служит для прижима.

Устройство работает следующим обра- зом,

Измерение распределения поперечных размеров (толщин) частиц типа волокон производится в два этапа.

На первом этапе на носитель 3 микрообъектов помещают стандартную амплитудно-пропускающую дифракционную решетку, запускают в момент времени to на счет программу ЭВМ, специализированного вычислительного устройства 7, в соответствии с которой через определенные промежутки времени (например, Д t 1 с) посылаются тактовые импульсные сигналы в устройство 2 развертки светового луча ЭЛТ 1, через каждые промежутки времени At 2П посылаются импульсы на поворот шагового двигателя 8, сообщающего носителю 3 микрообъектов поворот на угол А у (град). При этом шаговый двига. тель и механическая конструкция носителя 3 микрообъектов выбираются так, чтобы ве180личина-т-была целым числом. С каждым

тактовым импульсным сигналом световое

- пятно ЭЛТ 1 сканирует после носителя 3

микрообъектов и длительности считанных

импульсов фотоприемника 5 (за исключе. нием импульсов в ближайшей временной

окрестности тактовых импульсов) в память

Q вычислительного устройства 7. Частота ждущей развертки ЭЛТ 1 выбирается из условия

35

f-(1,1-1,2) .

Измерение и запоминание длительностей считанных импульсов фотоприемника 5 заканчивается, когда длительность отсчета времени достигнет

to+At -2P

180 Ау

Если форму темных линий дифракционной решетки можно считать прямолинейной, поперечный размер темных линий d, длительность считанных сигналов т, скорость сканирующего пятна v и отклонение

р направления сканирования от поперечного направления темных линий связаны следующим простым равенством:

d-v -r(cos),

Поперечный размер темных линий дифракционной решетки d является перемножением случайной длительности т считанных сигналов и случайной величины (cosy5)- плотность распределения которой

fi(u)

для значений аргумента и и полуинтервале (0,1), при условии равномерности закона распределения угла р в диапазоне углов от нуля до 360 градусов, которое обеспечивается законом развертки светового пятна по полю носителя микрообъектов. Легко убедиться в том, что длительность импульсного сигнала не изменится, если угол р заменить на р+ 180°, что позволяет ограничивать угол поворота носителя микрообъектов до диапазона от нуля до 180 градусов.

Средняя скорость v движения сканирующего светового пятна ЭЛТ 1 в плоскости носителя микрообъектов 3 и измерения плотности распределения fri(r) считанных импульсных сигналов при сканировании эталонной дифракционной решетки связаны следующим соотношением:

fdi(d)

%{ Чт)

(1)

где fdi(d) - плотность распределения поперечных размеров темных линий дифракционной решетки; ei dmin /lmax

dmin - минимальный поперечный размер темных линий дифракционной решетки и измеряемых частиц типа волокон;

Imax - максимальный размер темных линий дифракционной решетки и частиц типа волокон;

S2 - небольшое положительное число.

Поэтому среднюю скорость v можно рассчитывать из следующего уравнения:

(d)/ { 7/n (- ) -bllil du },

j- Л fdi(d) - среднее значение темных линий стандартной дифракционной решетки.

, . еринм

значение длительностей считанных импульсов с поправкой на отклонение направле0

ния сканирования от поперечного направления темных линий дифракционной решетки и на среднюю скорость.

На втором этапе на носитель 3 микро- объектов помещают измеряемые частицы типа волокон и повторяют операции первого этапа по измерению и запоминанию считанных импульсов фотоприемника 5 для этих насыпанных измеряемых частиц.

Плотность распределения fd2(d) поперечных размеров частиц типа волокон находится

irfc , fda(d)v / fr2 (cf

М--.

и / и

0

5

0

5

0

5

где ft2(r) - измеренная плотность распределения считанных импульсов при сканировании световым пятном ЭЛТ 1 измеряемых частиц типа волокон.

Предложенное устройство создает экономический эффект. Оно состоит в том, что устройство позволяет вести процесс исследования волоконных и нитевых материалов с высокой производительностью, объективностью и точностью. Большим преимуществом устройства является также возможность документирования результатов исследований.

Формула изобретения Измеритель поперечных размеров частиц типа волокон, содержащее носитель микрообъектов и окуляр, оптически связанный с ним, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений; он снабжен шаговым двигателем, электронно-лучевой трубкой с устройством развертки луча, соединенными. последовательно фотоприемником, измерителем длительности импульсов и вычислительным устройством, носитель микрообъектов и окуляр расположены последовательно между электронно-лучевой трубкой и фотоприемником, шаговый двигатель соединен механически с носителем микрообъекта и электрически с вычислительным устройством, которое соединено с устройством развертки.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к оптическим средствам измерения линейных размеров малых объектов (например, толщины нитей порядi ка 5- ЮОООмкм). Целью изобретения является повышение точности результатов изме-. рений при одновременном повышении производительности процесса измерений. Устройство содержит злектронно-лучевую трубку 1 с устройством 2 развертки, носитель 3 микрообъектов, окуляр А, фотоприемник 5 и измеритель б длительности импульсов. Выход последнего соединен с вычислительным устройством. Носитель 3 объектов механически связан с шаговым двигателем, который электрически связан с вычислительным устройством. Последний соединен также с устройством 2 развертки. 1 ил.